基于基因组与多组学解析三种储藏螨过敏原谱并鉴定Group 2过敏原

《Clinical & Experimental Allergy》：Characterizing Allergen Profiles and Identifying Group 2 Allergens of Three Storage Mites: Acarus siro, Chortoglyphus arcuatus and Carpoglyphus lactis

　　

**背景：** 储藏螨是过敏性疾病的重要诱因，然而，相较于屋尘螨，其过敏原的分子特征研究仍不充分。目前，关于储藏螨过敏原的综合分子数据十分有限，这制约了过敏诊断的改进以及对过敏原潜力的理解。

**方法：** 研究人员组装并注释了三种储藏螨——Acarus siro、Chortoglyphus arcuatus和Carpoglyphus lactis——的基因组。通过整合基因组学、转录组学和蛋白质组学方法进行了全面的过敏原谱分析。研究鉴定了推测的过敏原基因并将其分类至各过敏原组。利用ELISA实验验证了所选过敏原的IgE结合能力。此外，通过测量树突状细胞系中IL-6的产生，评估了新鉴定过敏原的免疫刺激潜力。

**结果：** 研究人员在A. siro、C. arcuatus和C. lactis中分别鉴定出75、70和64个推定过敏原基因，分别对应33、31和32个过敏原组。研究观察到大量的基因家族扩张和多个同种型过敏原，特别是在属于NPC2家族的Group 2过敏原中。ELISA IgE结合实验验证了A. siro中4个Group 2过敏原，以及C. arcuatus和C. lactis中各1个Group 2过敏原。值得注意的是，这些新鉴定的Group 2过敏原在树突状细胞系中显著诱导了促炎细胞因子IL-6的产生。

**结论：** 本研究对储藏螨过敏原进行了全面的基因组和蛋白质组学特征描述，并鉴定了具有IgE结合和免疫刺激能力的、此前未被识别的Group 2过敏原。这些发现为改进储藏螨过敏的诊断建立了基础资源，并支持未来对螨过敏原性分子机制的研究。

# 储藏螨过敏原谱的全面解析与新型Group 2过敏原的鉴定

## 研究背景与科学问题

储藏螨是一类与屋尘螨亲缘关系较远的螨类，广泛存在于谷物、面粉、动物饲料等储藏物以及屋尘中，是亚洲许多地区包括香港在内的重要过敏原来源。尽管粉尘螨（*Dermatophagoides farinae*）和屋尘螨（*D. pteronyssinus*）等屋尘螨的过敏原已得到深入研究，已知超过40个过敏原组，但储藏螨在过敏研究中的受关注程度相对较低。值得注意的是，热带无爪螨（*Blomia tropicalis*）作为常见的储藏螨，在新加坡的过敏阳性率高达96.2%，其过敏原谱已被充分解析。在其他储藏螨中，仅腐食酪螨（*Tyrophagus putrescentiae*）利用基因组数据进行了过敏原研究。

本研究的三种目标螨种——粗脚粉螨（*Acarus siro*）、拱殖嗜渣螨（*Chortoglyphus arcuatus*）和甜果螨（*Carpoglyphus lactis*）——均已被报道与过敏性疾病相关。其中，*A. siro*是屋尘中常见的储藏螨，一项捷克患者研究发现其特异性IgE水平与特应性皮炎的严重程度增加相关。*C. arcuatus*在家庭环境中广泛分布，在土耳其西安纳托利亚的屋尘样本中检出率为5.2%，仅次于屋尘螨（23.1%）。然而，这些物种的过敏原谱仍未得到充分表征，根据WHO/IUIS数据库，仅*Acarus siro*中鉴定了Aca s 13，*C. arcuatus*中鉴定了Cho a 10，而*C. lactis*尚无任何过敏原记录。这种知识空白严重阻碍了这些储藏螨过敏的精确诊断和过敏原潜力的全面评估。

## 研究内容与主要发现

为填补这一空白，研究人员对三种储藏螨进行了基因组组装和注释，并采用多组学方法全面表征了其过敏原谱。研究通过比较分析关键基因家族，并通过实验鉴定了多种Group 2过敏原，为理解储藏螨过敏原的分子基础提供了重要资源。

## 主要技术方法

研究人员在捷克农业食品研究中心维持三种储藏螨的实验室培养，采集螨体和粪便颗粒用于DNA、RNA和蛋白质提取。对基因组进行de novo组装和注释，用于重建螨类系统发育和比较过敏原相关基因家族。通过同源性搜索WHO/IUIS参考过敏原鉴定推定过敏原，经人工筛选后利用RNA-seq和蛋白质组学进行定量。选取的Group 2候选过敏原在大肠杆菌（*Escherichia coli*）中表达，通过IgE ELISA、抑制实验及树突状细胞和气道上皮细胞的细胞因子反应进行评估。患者血清样本来自广州医科大学附属第一医院。

## 研究结果

### 3.1 基因组组装与注释

研究人员成功组装并注释了三种储藏螨的基因组，BUSCO完整性分别达到90.1%（*A. siro*）、92.6%（*C. arcuatus*）和91.1%（*C. lactis*）。*A. siro*和*C. arcuatus*的基因组大小分别为108.5和97.5 Mbp，显著大于*C. lactis*的55.1 Mbp。*A. siro*基因组组装显示出较高的重复率（10.0%），而其他两种低于5%。三种螨的蛋白质编码基因数量分别为17,244、13,763和14,701个。系统发育分析基于572个单拷贝蛋白的比对，确认了三个物种分别属于粉螨科（Acaridae）、嗜渣螨科（Chortoglyphidae）和甜果螨科（Carpoglyphidae），其中*C. lactis*显示出较高的进化速率。

### 3.2 全基因组范围推定过敏原的鉴定

在*A. siro*中鉴定出75个推定过敏原基因，归属于33个过敏原组，相比WHO/IUIS数据库中仅列出的Aca s 13有了巨大扩展。研究还发现了一个与Aca s 13串联排列的同源基因（64.34%一致性）。基因扩张通过局部重复发生，在Group 2（NPC2家族）和Group 28（热休克蛋白70）等家族中尤为明显。在*C. arcuatus*中鉴定出70个推定过敏原基因（31组），发现Cho a 10对应基因序列在基因组中不完整，通过Trinity从头组装转录组成功延伸和补全。在*C. lactis*中鉴定出64个推定过敏原基因（32组），观察到多个基因家族的显著扩张，包括6个串联排列的Group 2推定过敏原。基因表达和蛋白质丰度分析显示物种特异性的过敏原谱，Group 2过敏原在三种储藏螨中均高表达，转录本和蛋白质丰度在全身体中显著相关。

### 3.3 重要基因家族的比较分析

对NPC2蛋白家族的系统发育分析显示，含有已知过敏原的基因簇（N1–N3）聚集在一起，其中N1簇尤为多样，包含来自所有粉螨亚目物种（除*S. scabiei*外）的基因，储藏螨的Group 2过敏原和屋尘螨的Group 35过敏原均聚于N1簇。*C. lactis*的6个推定Group 2过敏原中，5个紧密聚集在N1簇内，而1个（CL_01355603）位于包含Der f 22和Der p 22的N3簇附近。基因表达分析显示，过敏原簇（N1–N3）中的基因表达水平显著高于非过敏原簇（C1–C6）。对其他过敏原组（包括Group 4、5/21和Group 7）的比较分析显示高度序列保守性、谱系特异性簇和可变的串联重复，过敏原成员通常表现出最高的表达水平。

### 3.4 ELISA实验定量过敏原特异性IgE水平

研究人员从三种储藏螨中选取11个候选Group 2过敏原进行克隆和重组蛋白表达，并通过ELISA检测IgE结合活性。在*A. siro*的6个重组蛋白中，4个推定过敏原（排除pAca s 2.0401和pAca s 2.0501）在至少30%的病例中显示出高IgE结合，其中pAca s 2.0201（AS_01553901）表现出最强的IgE结合活性，80%（16名患者）呈现高IgE水平。IgE抑制实验显示，四种Group 2过敏原之间存在低水平的交叉反应性。在*C. arcuatus*中，低表达的pCho a 2.0301（CA_01427001）在15%的病例中显示高IgE结合，而高表达的pCho a 2.0101（CA_01239001）未显示高IgE结合。在*C. lactis*中，Carp l 2.0101（CL_01355701）表现出最强的IgE结合活性，70%（14名患者）呈现高IgE水平。后续细胞免疫反应分析显示，6个重组Group 2过敏原在DC2.4树突状细胞中诱导了时间依赖性和剂量依赖性的IL-6分泌，峰值反应在48小时出现，但未在BEAS-2B上皮细胞中引发显著的TSLP、IL-25和IL-33释放。

## 讨论与结论

本研究揭示了储藏螨中广泛的基因家族扩张，导致多个同源物或同种型过敏原的产生。值得注意的是，研究发现在*A. siro*中高丰度蛋白质并不对应高IgE水平，在*C. arcuatus*和*C. lactis*中，唯一被鉴定的Group 2过敏原均为低表达者，这与屋尘螨中高表达的Group 4和Group 7过敏原形成对比。这些发现表明NPC2家族基因的过敏原性与其他螨类过敏原不同，可能是由于低表达的NPC2蛋白具有更高的稳定性，能在环境中持续更长时间，从而触发免疫识别。研究提出在组分解析诊断中应考虑多种同种型过敏原，并为储藏螨过敏的精确诊断和未来分子机制研究奠定了重要基础。